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1、一、阀控机液控制系统,按反馈形式,阀控缸伺服机构又分外反馈和内反馈两种。图4-1 所示为连杆式机械外反馈,图4-2 所示为机械内反馈的几种形式。,阀控缸机液控制系统是一种液压位置控制系统，它们广泛应用于仿形加工、助力操纵及转向系统中。,图4-3 为液压仿型车削加工示意图,图4-4a)所示为用于轮式车辆的助力转向系统的外观图,图4-4b)为其原理图。,汽轮发电机的频率取决于汽轮机的转速,为使负荷变化时电频率仍能恒定,需要对汽轮机转速进行控制,图4-5 所示为其原理图。,2. 阀控马达机液伺服机构,由于用很小的转矩来操纵阀,便可得到很大的输出转矩,因此,阀控马达机液伺服机构通常称为液压扭矩放大器。
2、,图4-6 所示为滑阀式阀控马达伺服机构,图4-7 所示为转阀外反馈式阀控马达机液伺服机构,图4-8 所示为转阀内反馈式阀控马达机液伺服机构,整个转向系统如图4-9 所示,图4-9a)为示意图,图4-9b)为系统图。,二、泵控机液控制系统,阀控机液控制系统的效率低,只能用于小功率的控制系统中,大功率时则宜采用泵控系统。工程机械和采煤机等机械的牵引部(行走部分)的恒功率控制,便是采用泵控机液控制系统的典型。,图4-10 所示为某采煤机牵引部恒功率调节控制系统,机液位置伺服系统的原理图如图4-11 所示。系统的动力元件由四边滑阀和液压缸组成,反馈是利用杠杆来实现的,这是液压助力器的典型结构。,一、
3、系统框图,输入位移 和输出位移 通过差动杆AC 进行比较,在B 点给出偏差信号(阀芯位移) 。在差动杆运动较小时,阀芯位移 可由下式给出:,假定没有弹性负载,由第三章式(3-15)可知,液压缸活塞输出位移为,由式(4-1)和式(4-2)可画出系统的框图,如图4-12 所示,二、系统稳定性分析,稳定性是控制系统正常工作的必要条件,因此它是系统最重要的特性。液压伺服系统的动态分析和设计一般都是以稳定性要求为中心进行的。,令G(s)为前向通道的传递函数,H(s)为反馈通道的传递函数。由图4-2 所示框图可得系统开环传递函数为,式(4-3)中含有一个积分环节,因此系统是型伺服系统,由式(4-3)可画出
4、开环系统伯德图,如图4-13 所示,以dB 表示时,有,对所讨论的系统而言,因为越穿频率c 处的斜率为-20dB/ dec,所以相位裕量为正值,因此只要使增益裕量为正值系统就可以稳定了。由于 ,所以有,由此得系统稳定条件为,这个结果也可以由劳斯判据直接得出。闭环系统的特征方程为,将式(4-3)代入,则得,应用劳斯稳定判据得系统稳定条件为,式(4-5)表明,为了使系统稳定,速度放大系数KV 受液压固有频率h 和阻尼比h 的限制。阻尼比h 通常在0. 1 0. 2,因此速度放大系数KV 被限制在液压固有频率h 的20% 40%的范围内,即,在设计液压位置伺服系统时,可以把它作为一个经验法则。,由图
5、4-13 所示的伯德图可以看出,穿越频率近似等于开环放大系数,即,动压反馈是液压伺服系统中最常用的阻尼增加方法。动压反馈装置是由液阻和液容组成的压力微分网络。,图-14 所示的动压反馈装置是由层流液阻和空气蓄能器组成的,分别连接在液压缸的进出口,下面先推导它的传递函数,层流液阻的流量方程为,设空气蓄能器按等温过程变化,则有,由上式可得,由流量连续性方程得,将式(4-8)和式(4-9)代入上式得,将上式代入式(4-8)的拉氏变换式可得,假设一个管路的压力升高值等于另一个管路的压力降低值,则有qd1 = - qd2 = qd,故上式可以写成,由上式可得传递函数为,上式表明,动压反馈装置是一个压力微
6、分环节。,图4-15 所示的动压反馈装置是由液阻和弹簧活塞蓄能器组成的,并联在液压缸的进出口之间。,层流液阻的流量方程为,弹簧活塞蓄能器的流量为,蓄能器活塞的力平衡方程为,由以上三个方程联立消去p、 ,可得,传递函数为,下面讨论：动压装置对伺服系统性能的改善,阀的线性化流量方程为,液压缸的流量连续性方程为,液压缸与负载的力平衡方程,这里主要是为了说明动压反馈的作用,故假定负载只有惯性力,即,由以上三个方程可得,由式(4-19)和式(4-15)可画出系统的框图,如图4-16 所示。可以看出,采用动压反馈装置以后,产生了压力微分反馈的作用。由式(4-19)可得系统的传递函数,即,采用动压反馈装置以
7、后,所得到的传递函数式(4-20)的形式虽然没有什么变化,但其中的阻尼比却增加了一项,即,在稳态情况下,它趋于零,因此对稳态性能不会产生影响。在动态过程中,随着负载的变化而产生附加的阻尼作用,而且负载压力变化越厉害,其阻尼作用也越大。在这种系统中,可以使Kce尽量小,以提高系统的静刚度。而系统的稳定性可由动压反馈来保证,这就可以同时满足静态特性和动态特性两方面的要求。,下面研究动压反馈装置的参数选择问题。对于图4-15 所示的动压反馈装置,所产生的附加阻尼比为,其幅频特性和相频特性分别为,设计动压反馈装置的关键在于正确选择时间常数 ,使其在谐振频率h 处产生所需要的阻尼比,同时又使阻尼项的相位移接近于零。即有,即动压反馈装置的时间常数 应为1/ h 的10 倍以上。当 h10 时,附加阻尼比的大小可近似为,在动力元件参数已定的情况下, h(h) 由液阻的液导Cc 所决定。根据需要的h(h) 的大小,就可以确定Cc 的值。将h 的表示式代入式(4-21)求得Cc 的表达式,再将其代入式(4-22)可得,式(4-23)可用来选择计算Ac 和Kc。,对于图4-14 所示的动压反馈装置,当,时,附加的阻尼比可近似为,利用此式可确定液阻的液导Cc。将h 的表示式和由式(4-24) 求出的Cc 表示式代入式(4-25)可得,
